实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理

采用稍不平行电极进行大气压He气介质阻挡多脉冲辉光放电实验,通过增强电子耦合器件相机短时曝光照片,研究大气压多脉冲辉光放电在不同时刻的放电模式.通过气隙放电电流、表面电荷计算,理论分析了表面电荷、空间电荷、外加电压与气隙电场强度的关系,研究大气压辉光放电形成多脉冲的机理.实验结果表明,放电首先在间隙稍窄的电极左端开始;在第一个脉冲电流峰值,电极右端也开始放电;第一个电流脉冲经历了Townsend放电到辉光放电的过程;电流脉冲之间的时间内,间隙一直维持着微弱的辉光放电;随后的每个电流脉冲均是辉光放电.理论分析表明,大气压辉光放电的多个电流脉冲是表面电荷、空间电荷与外加电压共同演化的结果;除放电伊始出现Townsend放电外,同一半周期内的放电电流脉冲中不会再出现Townsend放电. 关键词： 介质阻挡放电 增强电子耦合器件 大气压辉光放电 多脉冲     

介质阻挡均匀大气压氮气放电特性研究

基于一维流体力学模型，对介质阻挡均匀大气压氮气放电特性进行了数值计算研究.模型中考虑了氮气中主要的电离、激发过程，所包含的粒子种类为e，N₂，N⁺₂，N⁺₄，N₂(a¹∑^-_u)，N₂(A³∑⁺_u).模拟结果显示，氮中的放电具有低气压下汤生放电的特性.放电电流幅度较小，放电过程中气体电压变化缓慢，电子密度远低于离子密度，而且最大值出现在阳极，电子不能在放电间隙中被俘获，不存在中性等离子体区，气体中的电场趋于线性变化.亚稳态N₂(A³∑⁺_u)和N₂(a¹∑⁺_u)在整个放电空间都具有非常高的密度，比电子密度高三个量级以上，亚稳态密度的最大值出现在阳极，这样的分布决定了放电的空间结构.放电所需的种子电子主要由亚稳态之间潘宁电离提供，这种机理使放电的电离水平较低，导致氮气中的放电只能是汤生放电.随着放电参数的变化，多电流峰放电也可在氮气中获得. 关键词： 大气压均匀放电 介质阻挡放电 数值模拟 氮气     

实验研究大气压多脉冲辉光放电的模式和机理

采用稍不平行电极进行大气压He气介质阻挡多脉冲辉光放电实验,通过增强电子耦合器件相机短时曝光照片,研究大气压多脉冲辉光放电在不同时刻的放电模式.通过气隙放电电流、表面电荷计算,理论分析了表面电荷、空间电荷、外加电压与气隙电场强度的关系,研究大气压辉光放电形成多脉冲的机理.实验结果表明,放电首先在间隙稍窄的电极左端开始;在第一个脉冲电流峰值,电极右端也开始放电;第一个电流脉冲经历了Townsend放电到辉光放电的过程;电流脉冲之间的时间内,间隙一直维持着微弱的辉光放电;随后的每个电流脉冲均是辉光放电.理论分析表明,大气压辉光放电的多个电流脉冲是表面电荷、空间电荷与外加电压共同演化的结果;除放电伊始出现Townsend放电外,同一半周期内的放电电流脉冲中不会再出现Townsend放电.     

介质阻挡放电丝模式和均匀模式转化的特性

利用水电极介质阻挡放电装置,采用电学方法和发射光谱,研究了空气中介质阻挡放电从微放电丝模式向均匀放电模式转化的过程. 结果表明,大气压下增大外加电压或者电压一定减小气压,放电都能够从微放电丝模式过渡到均匀模式. 高气压下放电为流光击穿而低气压下为辉光放电. 利用放电发射光谱,研究了高能电子比例随实验参数的变化. 结果表明气压减小时高能电子比例增大,电压增加时高能电子减少. 利用壁电荷理论对以上实验结果进行了定性分析. 结果对介质阻挡均匀放电的深入研究具有重要价值. 关键词： 介质阻挡放电 光学发射谱 微放电丝 均匀放电模式     

大气压介质阻挡辉光放电中放电电流的测量与分析

介质阻挡放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景而成为研究热点。文章利用平行平板介质阻挡放电装置,在流动的氦气中实现了大气压均匀辉光放电,得到了大气压下的均匀等离子体。利用电学方法将放电电流从总电流中分离出来,从而得到了辉光放电的放电电流。通过分析放电电流、外加电压、气隙上电压以及壁电荷电量之间的相互关系,可以研究气体放电过程中壁电荷积累的微观动力学行为。实验结果表明壁电荷主要是在放电电流脉冲持续期间积累的,但电流脉冲结束后,由于气隙电压没有改变极性,壁电荷还会逐渐积累,气隙电压改变极性后,壁电荷量随时间减小。这些结果对壁电荷在介质阻挡辉光放电中作用的深入研究和大气压介质阻挡辉光放电的工业应用具有重要意义。     

一种新型大气压毛细管介质阻挡放电冷等离子体射流技术

介绍一种结构设计简单、操作运行方便的新型毫米量级大气压冷等离子体射流发生技术.这种射流可以在大气压条件下，利用多种工作气体(如Ar,He,N₂)，通过毛细管介质阻挡放电(DBD)的方式实现.使用频率为33kHz，峰值电压为1—12kV的双向脉冲电源，利用Ar,He,N₂等工作气体，在毛细管内形成了稳定的冷等离子体射流.放电区域的光辐射空间分布利用商用CCD摄像机记录，从中研究放电形态和空间分布，观察到了在DBD区域的流动气体放电和在毛细管出口处形成的等离子体射流 关键词： 冷等离子体射流 毛细管介质阻挡放电 射流射程 射流激发温度     

介质阻挡均匀大气压辉光放电数值模拟研究

通过数值求解一维电子、离子连续性方程和动量方程，以及电流连续性方程，计算了氦气介 质阻挡大气压辉光放电电子、离子密度和电场在放电空间的时空分布，以及放电电流密度和 绝缘介质板充电电荷密度随时间的变化. 分析讨论所加电压频率、幅值及介质板性质等对均 匀大气压辉光放电性质的影响. 当外加电压频率足够高时，大量离子被俘获在放电空间，空 间电荷场又引起足够多的电子滞留在放电空间. 这些种子电子使得在大气压下发生汤森放电 ，放电空间结构类似于低气压辉光放电，即存在明显的阴极位降区、负辉区、法拉第暗区和 等离子体正柱 关键词： 大气压辉光放电 介质阻挡 数值模拟 等离子体     

多针电晕增强大气压辉光放电稳定性研究

利用多针电晕增强放电装置，在无气流和存在高速气流的情况下都得到了稳定的大气压辉光.通过纪录发光图片、电流-电压波形和伏安特性曲线的方法对影响放电稳定性的因素做了细致地研究，发现了在从电晕放电到辉光放电的过程中存在着过渡阶段，表现为出现带有直流成分的Trichel脉冲.气流速度、极板间距以及针尖锥度和凹坑曲率半径的匹配程度都对放电的稳定性和电流密度有着重要的影响. 关键词： 大气压辉光放电 多针电晕 等离子体     

介质阻挡放电丝模式和均匀模式转化的特性

利用水电极介质阻挡放电装置，采用电学方法和发射光谱，研究了空气中介质阻挡放电从微放电丝模式向均匀放电模式转化的过程. 结果表明，大气压下增大外加电压或者电压一定减小气压，放电都能够从微放电丝模式过渡到均匀模式. 高气压下放电为流光击穿而低气压下为辉光放电. 利用放电发射光谱，研究了高能电子比例随实验参数的变化. 结果表明气压减小时高能电子比例增大，电压增加时高能电子减少. 利用壁电荷理论对以上实验结果进行了定性分析. 结果对介质阻挡均匀放电的深入研究具有重要价值.     

针-板DBD微流注与微辉光交替生成的机理研究

在介质阻挡放电体系中产生辉光放电可以有效的提高放电体系产生高能电子的性能, 为等离子体化学反应提供更加丰富的活性粒子.本文对针-板介质阻挡放电体系下的放电模式进行了研究,实验发现放电正负半周期表现出不同的放电模式, 激励电压为3 kV时放电正负半周期分别为微流注放电和电晕放电(或者Trichel脉冲放电),激励电压为6 kV时放电正负半周期分别为微流注放电和微辉光放电.微辉光放电形貌具有与典型辉光放电相同的分层次放电结构, 分析了激励电压6 kV时的放电过程,认为足够强的阴极电场强度和裸露针状电极形成的有效的二次电子发射过程是形成微辉光放电的主要因素,绝缘介质层的存在避免了微辉光放电向弧光放电过渡.     

大气压Ar射频容性放电模式转变的温度表征

在大气压条件下Ar气流中实现了容性射频放电α和γ两种模式及其转变与共存.由于放电处于开放大气环境中,放电发射光谱中清晰地存在 N₂C³Π_u→Β³Π_g跃迁产生的第二正带和OH自由基 Α²Σ→Χ²Π跃迁的(0,0)带光谱.为了获得放电区域的宏观温度,针对氮的第二正带(0,1),(1,2)两个谱带,自编了拟合程序,用温度拟合方法获得了氮分子的转动温度和振动温度,研究了转动温度随放电功率的变化趋势,得到了温度突变与放电模式转变的相关性.利用Lifbase的发射光谱模拟功能,进行了OH自由基Α²Σ→Χ²Π(0,0)带光谱的模拟,通过与实验光谱对比,得到了与N₂光谱拟合结果相符的OH转动温度,以及相似的随放电功率的变化趋势,这说明放电空间内的中性物种达到了热平衡状态.根据放电伏安特性变化,放电模式转变对应的转动温度变化趋势得到确认,并且与放电形态的照片符合. 关键词： 大气压等离子体 放电模式 转动温度     

Simulation of transition from Townsend mode to glow discharge mode in a helium dielectric barrier discharge at atmospheric pressure

The dielectric barrier discharge characteristics in helium at atmospheric pressure are simulated based on a one-dimensional fluid model. Under some discharge conditions, the results show that one discharge pulse per half voltage cycle usually appears when the amplitude of external voltage is low, while a glow-like discharge occurs at high voltage. For the one discharge pulse per half voltage cycle, the maximum of electron density appears near the anode at the beginning of the discharge, which corresponds to a Townsend discharge mode. The maxima of the electron density and the intensity of electric field appear in the vicinity of the cathode when the discharge current increases to some extent, which indicates the formation of a cathode-fall region. Therefore, the discharge has a transition from the Townsend mode to the glow discharge mode during one discharge pulse, which is consistent with previous experimental results.     

Discharge Operation Mode Manipulation of Radio Frequency Atmospheric Pressure Glow Discharges in Argon

Stable operation of radio frequency atmospheric glow discharges is widely desired by most processing applications for their conveniency and feasibility, many of which have been addressed with the noble gas of helium and low discharge current density in stable operation regime of α mode. Here, the operation mode manipulation of rf atmospheric pressure glow discharge in argon is investigated using a one‐dimensional self‐consistent modeling approach. Stable operation regime of α mode is found to expand with rinsing excitation frequency and reducing discharge gap distance. The sheath characteristics in terms of sheath voltage and sheath thickness are given to explain the of α ‐γ mode transition. Furthermore, stable operation of discharge in γ mode is proposed tobe achieved by introducing dielectric barriers, which is indicated by monotonously growing of applied voltage with discharge current density (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Characteristics of an atmospheric‐pressure radio frequency‐driven Ar/H2 plasma discharge with copper wire in tube

This paper investigates a plasma discharge driven by a 13.56 MHz radio frequency (RF) power supply at atmospheric pressure, in which a copper wire is inserted in the discharge tube for the deposition of Cu films. The results show that the jet plasma formation originates from the discharge between the copper wire and induction coil because of its electrostatic field. The axial distribution of the plasma parameters in the RF plasma jet, namely the gas temperature, excitation temperature, and electron number density, is determined by diatomic molecule OH fitting, Boltzmann slope, and H_β Stark broadening, respectively. The discharge current significantly declines when a small amount of hydrogen is added to the argon as the plasma‐forming gas, and the gas temperature of discharge plasma increases considerably.     

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在四阳极直流放电装置上,测量并分析了辉光放电的电流-电压和发光特征随气压的变化关系。结果表明,采用稳流放电模式比稳压放电具有更宽的稳定放电气压和电流范围,能在从1～800Pa的较宽气压范围内实现氦气辉光放电,放电电流可达到500mA左右。随着电极表面亮斑的变化,对于同一气压,在低电流区,放电电压几乎成指数增长;随电流增大,电压的增长速度变缓;对于高的气压,碰撞频率的增大使得电压随电流升高的速率变小。分析表明,放电处于异常辉光区。从放电管的CCD图像可以看出,对于同一放电电流,随气压的升高,等离子体往阴极收缩。     

Influence of Gap Spacing between Dielectric Barriers in Atmospheric Pressure Discharges

The breakdown activity in helium atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma is strongly modified by introducing small impurities (nitrogen (N₂) and air in ppm), although its precise implications for the behavior of discharge plasma is not evident under several constraints. In this simulation study, we investigate the influence of gap spacing between the dielectric barriers to explore the dynamic modification in the structure of discharge plasma in distinct phases of the discharge current pulse using a two‐dimensional fluid model in He‐air gas mixture. Specifically, the impact of nitrogen and air impurities is contrasted by exploring the spatial distributions of electrons in the breakdown phase under similar operating conditions. The filamentary mode of DBD plasma in He‐N₂ is transformed into uniform glow discharge in He‐air gas mixture by the dominant effect of Penning ionization. Finally, the outcomes of two‐dimensional fluid model are validated by comparing with three‐dimensional fluid model to provide the reliability of numerical simulations. (© 2015 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

磁场强度对霍尔推力器放电特性影响的实验研究

为探索霍尔推力器通道内优化磁场的标准,本文研究了磁场强度对其放电特性的影响规律.通过在保持磁场形貌不变（“聚焦”形）下改变磁场强度的大小,使用朗缪尔探针、光谱仪等测量手段分析了工作于不同磁安特性曲线段的推力器放电特性.研究表明：当磁场强度小于优化值时,电子横越磁场的传导以近壁传导机制为主;反之,当磁场强度大于优化值时,放电电流反常变化,而现有的电子输运传导机制不能解释这种现象. 关键词： 霍尔推力器 磁场强度 放电特性     

Simulation of radio-frequency atmospheric pressure glow discharge in γ mode

The existence of two diffe1：ent discharge modes has been verified in an rf （radio-frequency） atmospheric pressure glow discharge （APGD） by Shi [J. Appl. Phys. 97, 023306 （2005）]. In the first mode, referred to as a mode, the discharge current density is relatively low and the bulk plasma electrons acquire the energy due to the sheath expansion. In the second mode, termed γ mode, the discharge current density is relatively high, the secondary electrons emitted by cathodc under ion bombardment in the cathode sheath region play an important role in sustaining the discharge. In this paper, a one-dimensional self-consistent fluid model for rf APGDs is used to simulate the discharge mechanisms in the mode in helium discharge between two parallel metallic planar electrodes. The results show that as the applied voltage increases, the discharge current becomes greater and the plasma density correspondingly increases, consequentially the discharge transits from the a mode into the γ mode. The high collisionality of the APGD plasma results in significant drop of discharge potential across the sheath region, and the electron Joule heating and the electron collisional energy loss reach their maxima in the region. The validity of the simulation is checked with the available experimental and numerical data.     

大气压介质阻挡放电的光谱研究

使用水电极介质阻挡放电装置,分别在大气压空气和氦气中实现了稳定的高气压放电。通过水电极观察两种气体的放电,发现大气压空气中放电为空间随机分布的微放电丝,等离子体是不均匀的,而在氦气中放电没有微放电丝,空间分布比较均匀。比较而言,这种均匀放电产生的等离子体具有更广泛的工业应用前景。对两种气体中放电的电流波形进行了比较,发现空气中放电的电流脉冲在时间上是随机出现的而氦气中放电的电流脉冲在时间上具有周期性,并且空气中放电脉冲宽度约为几十ns而氦气中放电的电流持续时间较长,脉冲宽度大约为1μs。文章还对两种气体中介质阻挡放电发射光谱进行了研究,结果表明大气压氦气中均匀放电的N+₂(B2Σ+_u→X2Σ+_g)谱线391.4nm很强而在大气压空气放电中此光谱线很弱。这些研究结果对高气压条件下均匀放电的实现和大气压辉光放电的工业应用具有重要意义。